Предложенная ЦЕРН «фабрика Хиггса» с окружностью в 100 км оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем конкурирующие проекты, говорится в исследовании.

Углеродный след будущей фабрики Хиггса может варьироваться почти в 100 раз, в зависимости от выбранной конструкции и ее местоположения. К такому выводу пришли европейские физики, изучавшие потенциальных преемников Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРНе. Исследователи приходят к выводу, что предлагаемый Будущий Круговой Коллайдер (FCC), который будет базироваться в ЦЕРНе и связан с LHC, будет наиболее экологически безопасным, поскольку будет потреблять меньше энергии и производить меньше выбросов углерода на каждый произведенный бозон Хиггса, чем конкурирующие проекты (Arxiv: 2208.10466).

После открытия бозона Хиггса в 2012 году на БАК физики планируют построить более мощный коллайдер частиц. Будущая машина, известная как фабрика Хиггса, будет разбивать электроны позитронами, чтобы позволить более детально исследовать свойства бозона Хиггса и других частиц.

В настоящее время существует пять предложений по созданию высокоэнергетического позитронно-электронного коллайдера. Международный линейный коллайдер (ILC) в Японии, Прохладный медный коллайдер (C3) в США и Компактный линейный коллайдер в CERN все основано на линейных ускорителях. ФКС и Китайский электронно-позитронный коллайдер (CEPC) в Китае, тем временем, представляют собой круговые коллайдеры.

Существуют различные аргументы относительно физических возможностей различных конструкций коллайдеров, но физик частиц ЦЕРН Патрик Джано и его коллега Ален Блондель утверждают, что из-за высокого энергопотребления любого будущего коллайдера следует также учитывать значительное воздействие проектов на окружающую среду.

«Мы предлагаем, чтобы будущие проекты по физике высоких энергий включали не только стоимость и производительность коллайдера, но и его углеродный след в расчете на физический результат, и использовали эти данные при проектировании и выборе «лучшего» коллайдера». Джано сказал Мир физики.

В своем анализе дуэт обнаружил, что FCC является наиболее энергоэффективной конструкцией, потребляющей 3 МВтч электроэнергии на каждый произведенный бозон Хиггса. Следующим лучшим был CEPC с 4.1 МВтч на бозон Хиггса, а наиболее энергоемкой является конструкция C3 (18 МВтч на бозон Хиггса).

Затем исследователи изучили углеродоемкость производства электроэнергии в разных странах, надеясь разместить у себя в будущем высокоэнергетический коллайдер. FCC снова был лучшим, выбрасывая 0.17 тонны CO.₂ эквиваленты (т CO₂ экв.) на произведенный бозон Хиггса. Между тем ILC будет производить примерно в 50 раз больше CO.₂ эквивалент (9.4 т CO₂ экв. на бозон Хиггса). Низкий уровень выбросов FCC отчасти объясняется тем, что около 80% энергии, производимой во Франции, производится на атомных электростанциях и, следовательно, в основном не содержит углерода.

Команда обнаружила, что углеродный след FCC можно еще больше улучшить, если в конструкции увеличить количество точек взаимодействия с двух до четырех. В этом сценарии каждый произведенный бозон Хиггса будет потреблять 1.8 МВтч энергии и выделять 0.1 тонны CO.₂ эквиваленты.

Жано добавляет, что анализ фокусируется на воздействии физических результатов на окружающую среду и энергопотреблении при эксплуатации предлагаемой фабрики Хиггса. Он добавляет, что это часть гораздо более крупного технико-экономического обоснования FCC, которое, среди прочего, будет охватывать воздействие на окружающую среду различных этапов проекта. Это будет включать, например, строительство туннеля, установку и эксплуатацию коллайдеров. Но он указывает, что «потребление энергии во время работы является самым большим вкладом в углеродный след высокоэнергетического коллайдера».

Другие факторы,

Физик Кумико Котера из Сорбоннского университета в Париже, который провел анализ потенциального углеродного следа проекта Giant Array for Neutrino Detection (GRAND). Мир физики что потребление энергии и выбросы углерода в расчете на бозон Хиггса является разумным сравнением. Однако Котера объяснил, что для проведения более точного анализа углеродного следа в дополнение к энергопотреблению коллайдера также необходимо учитывать потребление энергии, связанное с анализом данных и моделированием, а также другие связанные цифровые технологии, такие как хранение данных.

Котера добавляет, что полный анализ также должен учитывать международные поездки его членов, хотя она подозревает, что это будет менее энергоемким, чем операции коллайдера и цифровые технологии.

Janot agrees that more can be done, adding that CERN is working on ways to reduce its carbon footprint. These include, among other things, energy recovery, managing electricity consumption to maximise the use of low-carbon sources as well as ways to develop international collaborations that minimise travel.